近20年我國重金屬超積累植物種質(zhì)資源篩選研究進(jìn)展

郭松明, 余海波, 袁龍義,*

1. 長(zhǎng)江大學(xué)植物生態(tài)與環(huán)境修復(fù)研究所,荊州 434025

2. 長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院,荊州 434025

鉆井挖礦、金屬冶煉等活動(dòng)過程中,重金屬污染物的大量排放導(dǎo)致土壤污染,而重金屬污染具有隱蔽性、不可逆性和不可降解性等特點(diǎn),致使生態(tài)環(huán)境面臨著巨大的挑戰(zhàn)。 目前,物理、化學(xué)和生物等對(duì)污染土壤的修復(fù)方法各有優(yōu)點(diǎn),但也存在著一定的局限性。 植物修復(fù)是生物修復(fù)的一部分,具有成本較低、不破壞土壤肥力和二次污染率低等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。 通常是利用自然植物或者遺傳工程培育植物的生命代謝活動(dòng)對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行吸收、降解、揮發(fā)或固定,從而降低重金屬在土壤中的有效態(tài)含量或生物毒性,進(jìn)而達(dá)到污染土壤環(huán)境進(jìn)化或部分恢復(fù)原初標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)的目的[4-6]。 本文對(duì)我國近20年來的重金屬超積累植物的種質(zhì)資源進(jìn)行了收集歸納,對(duì)農(nóng)作物同超積累植物間套作種植這一基礎(chǔ)修復(fù)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了分析列舉,且對(duì)超積累植物修復(fù)推廣的限制因素進(jìn)行了總結(jié),并在此研究與應(yīng)用現(xiàn)狀基礎(chǔ)上對(duì)超積累植物的界定、應(yīng)用、種質(zhì)資源的篩選和相關(guān)試驗(yàn)等一系列研究工作進(jìn)行了展望,以期為超積累植物修復(fù)土壤重金屬污染的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用提供實(shí)例參考和理論依據(jù)。

1 植物修復(fù)研究概述及超積累植物界定(Overview of phytoremediation research and the definition of hyperaccumulators)

1.1 植物修復(fù)研究概述

植物修復(fù)是近些年來在國內(nèi)外逐漸興起的一種低成本、有潛力的以太陽能為能源的綠色修復(fù)技術(shù)[7],利用植物來修復(fù)重金屬污染的土壤可以根據(jù)治理機(jī)理和過程將其大概分為5 種技術(shù),分別為植物揮發(fā)技術(shù)、植物萃取技術(shù)、植物穩(wěn)定技術(shù)、根際圈生物降解和根系過濾[8-9]。 這些技術(shù)中植物萃取是目前研究最多且認(rèn)可程度越來越高,而且是具有發(fā)展前景的植物修復(fù)方式,適合于植物萃取的理想植物就成了研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[10]。 超積累植物的首要特點(diǎn)有:其根部吸收能力較強(qiáng)、且根系具有向莖葉的轉(zhuǎn)移能力、同時(shí)葉片有解毒和固定能力。 超積累植物是植物修復(fù)的理想對(duì)象。 1977年,Brooks 首先提出的超積累植物的概念,1983年美國科學(xué)家Chaney等提出運(yùn)用植物來吸收去除土壤中重金屬污染物的想法,1991—1992年,McGrath 和 Sidoli 首次在野外進(jìn)行植物修復(fù)工作。 植物修復(fù)重金屬污染土壤開始作為一種治理新技術(shù)被逐漸研究、應(yīng)用和推廣[11]。

1.2 超積累植物界定

區(qū)分超積累植物與相關(guān)的非超積累植物較為公認(rèn)的基本界定如下。(1)地上部(主要指莖和葉)重金屬含量特征:植物地上部重金屬含量是普通植物在同一生長(zhǎng)條件下的100 倍,廣泛采用的富集重金屬臨界含量參考值,Au 為1 mg kg-1,Cd 為100 mg·kg-1,Sb、Cu、Ni、Pb、Co 和 As 為 1 000 mg·kg-1,Zn和 Mn 為 10 000 mg·kg-1。(2)轉(zhuǎn)移特征:植物地上部分重金屬含量大于該植物地下部(根部)重金屬含量。(3)耐性特征:植物對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的耐性;在實(shí)驗(yàn)條件由人為控制的情況下植物能正常生長(zhǎng),至少在土壤中重金屬的含量使植物地上部重金屬含量達(dá)到超積累植物應(yīng)達(dá)到的臨界含量時(shí),地上部生物量(植物的莖、葉和籽實(shí)等地上部分干質(zhì)量之和)沒有下降。(4)富集系數(shù)特征:植物地上部富集系數(shù)＞1,至少在出現(xiàn)植物富集重金屬含量達(dá)到臨界含量與土壤中重金屬的含量相當(dāng)時(shí),植物地上部富集系數(shù)＞1[12-14]。

2 種質(zhì)資源(Germplasm resources)

植物修復(fù)重金屬污染土壤,有著效率高、安全經(jīng)濟(jì)且與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)等優(yōu)點(diǎn),對(duì)現(xiàn)有超積累或積累植物的探索和篩選是其應(yīng)用的前提。 我國地域廣闊、地形多樣,植物類型十分豐富,為超積累植物的篩選提供了有利條件[14]。 雖然在這方面我國研究探索起步較晚,但近20年也是循序漸進(jìn),同時(shí)也取得了一系列成果。 黃會(huì)一和蔣德明[15]對(duì)某種旱柳品系可富集大量Cd 的研究報(bào)道,是對(duì)植物富集重金屬的初探。 陳同斌等[16]提出世界上存在As 超積累植物的猜想,并隨后開展調(diào)查研究,最終在中國境內(nèi)首先發(fā)現(xiàn)As 超積累植物蜈蚣草。 唐世榮[17]、束文圣等[18]在礦石堆、古冶煉渣堆中發(fā)現(xiàn)并獲得Cu 的超積累植物鴨跖草,2000年之后國內(nèi)學(xué)者逐漸拉開探索篩選超積累植物的序幕,表1 中列出了近20年中國學(xué)者發(fā)現(xiàn)的超積累植物與其主要富集的重金屬,以及地上部富集的重金屬含量。

由表1 可知,現(xiàn)有超積累植物特點(diǎn)為富集某一種金屬的居多,富集2 種及以上的比較少,呈現(xiàn)出大部分超積累植物修復(fù)能力具有專一性這一特點(diǎn);草本植物居多,喬木、灌木及藤本植物較少;菊科超積累植物最多占總表的22.4%。 張柏清發(fā)現(xiàn)的美洲商陸同薛生國等在2003年發(fā)現(xiàn)的商陸是同一種植物,均為垂序商陸(Phytolacca americanaL.),是Mn 的超積累植物[79];2007年邵樹勛發(fā)現(xiàn)的當(dāng)時(shí)定名為遏藍(lán)菜的植物,于2018年更名為碎米薺,向極釬等[80]對(duì)不同產(chǎn)區(qū)碎米薺進(jìn)行DNA 序列分析和親緣關(guān)系鑒定,最終確定其為堇葉碎米薺(Cardamine circaeoidesHook. f. et Thoms.)。

表1 我國近20年已發(fā)現(xiàn)的重金屬超積累植物Table 1 Hyperaccumulation plants found in China in the past 20 years

續(xù)表1

續(xù)表1

3 重金屬超積累植物推廣限制因素(Limiting factors for the promotion of hyperaccumulators)

雖然國內(nèi)超積累植物的探索和研究取得了一定的成果,但是超積累植物推廣使用仍存在著以下的限制因素。

(1)首先重金屬超積累植物種類相對(duì)較少,而且植物修復(fù)的普遍特點(diǎn)就是修復(fù)周期長(zhǎng)。 大多數(shù)的超積累植物植株矮小,生長(zhǎng)緩慢,生物量低,個(gè)體修復(fù)率低,耗時(shí)長(zhǎng)。 現(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超積累植物以草本為主,根系不夠發(fā)達(dá),所以深入修復(fù)的范圍有限,難修復(fù)土壤深層,且不易機(jī)械化作業(yè)。 對(duì)于時(shí)間與植物自身?xiàng)l件的考量就成為大面積推廣的限制因素[81-82]。

(2)目前發(fā)現(xiàn)的超積累植物大多對(duì)某一種重金屬具有超積累性,還未大量發(fā)現(xiàn)具有廣譜重金屬超積累特性的植物。 超積累植物往往會(huì)對(duì)重金屬具有選擇性,但是土壤的污染大多是2 種或2 種以上重金屬共存的復(fù)合污染。 如果使用單一植物修復(fù),則達(dá)不到效果;如果使用多種植物修復(fù),則實(shí)際操作性降低。 所以對(duì)于土壤污染的特點(diǎn)與超積累植物資源的考量成為使用的限制因素[83-84]。

(3)超積累植物多為野生型植物,對(duì)環(huán)境因素與生物因素的要求相對(duì)比較嚴(yán)格,區(qū)域性分布較強(qiáng),影響引種成功率。 新區(qū)域的各種不可控因素可能使得植物無法正常運(yùn)行超積累機(jī)制。 如果重金屬污染的濃度過高,超積累植物無明顯的修復(fù)效果。 對(duì)于不同環(huán)境的不穩(wěn)定性考量成為推廣的限制因素[85-86]。

(4)超積累植物存在一定的隱患,有部分超積累植物可以食用,可能會(huì)導(dǎo)致食物鏈污染。 植物完成超積累后,在其生命周期里如果不及時(shí)收割處理,葉片掉落也會(huì)產(chǎn)生二次污染[87]。

(5)針對(duì)其“生長(zhǎng)緩慢、生物量低”所采用的基因克隆技術(shù)發(fā)展較為緩慢,人工培育理想新品種需要更多的時(shí)間。 雖已開發(fā)多種誘導(dǎo)劑提高植物對(duì)污染土壤修復(fù)的有效性,但在生態(tài)環(huán)境安全方面未得到保證。 其次植物回收后,處理方式單一,重新提純的技術(shù)成本比較高,技術(shù)不夠成熟[88]。

4 農(nóng)作物同超積累植物間套作應(yīng)用現(xiàn)狀(Application status of inter-cropping crops with hyperaccumulators)

我國重金屬污染較為嚴(yán)重,土壤污染導(dǎo)致糧食減產(chǎn)或出現(xiàn)糧食安全問題。 但直接利用超積累植物來修復(fù)污染土壤耗時(shí)較長(zhǎng),土壤修復(fù)期間農(nóng)民不能繼續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中斷,農(nóng)田資源被浪費(fèi),不符合我國的基本國情,隨著我國對(duì)超積累植物的研究取得一定成果,我國研究者則嘗試?yán)贸e累植物與農(nóng)作物間套作或混作以提高其修復(fù)效率[89-90]。 例如,采用糧食作物玉米、水稻,經(jīng)濟(jì)作物向日葵、煙草等與超積累植物間套作來實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染的土壤修復(fù)。 間套作是運(yùn)用了群落的空間結(jié)構(gòu)原理,充分利用水能、光能等自然資源,同時(shí)充分利用植物生長(zhǎng)的空間和時(shí)間,從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。 間套作體系應(yīng)用于土壤修復(fù)且獲取符合國家標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)產(chǎn)品的方法,是一條符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略同時(shí)立足于我國人多地少、只能邊生產(chǎn)邊修復(fù)國情的新途徑。

4.1 超積累植物同農(nóng)作物間套作在農(nóng)田中的應(yīng)用

4.1.1 單一重金屬污染應(yīng)用參考性實(shí)例

陳同斌研究團(tuán)隊(duì)[91-92]先后將蜈蚣草(Pteris vittata)與桑樹、甘蔗和柑橘進(jìn)行間作,研究結(jié)果表明,間作后經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量與沒有污染區(qū)域產(chǎn)量基本持平,而產(chǎn)出桑葉、蠶絲和蔗汁的重金屬含量均達(dá)標(biāo),達(dá)標(biāo)率均超過95%,柑橘果實(shí)重金屬含量未超過國家食品重金屬含量標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)促進(jìn)了蜈蚣草對(duì)土壤中As的吸收。 2012年鄧華[57]研究發(fā)現(xiàn),玉米與超積累植物短毛蓼(Polygonum pubescensBlume)間種,首先,在一定程度上提高短毛蓼的生物量,其次,還能夠促進(jìn)短毛蓼對(duì)土壤中重金屬M(fèi)n 的吸收,體內(nèi)Mn 累積量增2 倍多。 王秀娟[93]利用玉米和伴礦景天(Sedum plumbizincicola)進(jìn)行間作,研究表明,玉米籽粒Cd 含量低于國家食品鎘含量標(biāo)準(zhǔn),而且伴礦景天對(duì)土壤中Cd 的去除率達(dá)到35.20%,對(duì)農(nóng)田的Cd 修復(fù)效果顯著。 李素霞等[94]通過利用莧菜(Amaranthus mangostanus)與小白菜混作,不僅能夠降低小白菜體內(nèi)的重金屬含量,同時(shí)一定程度上提高質(zhì)量和產(chǎn)量,對(duì)土壤中 Cd 的吸收也非常顯著。 魏樹和等[95]通過將龍葵(Solanum nigrum)與大蔥進(jìn)行間作,既能修復(fù)Cd 污染土壤,同時(shí)產(chǎn)出符合我國農(nóng)產(chǎn)品安全無公害質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的大蔥。 王吉秀等[96]利用超積累植物小花南芥(Arabis paniculata)與玉米間作體系,不僅促進(jìn)超積累植物小花南芥富集Pb,同時(shí)減少農(nóng)作物玉米植株體內(nèi)Pb 含量,提升玉米的產(chǎn)量,是一種可行的修復(fù)模式。

4.1.2 復(fù)合重金屬污染應(yīng)用參考性實(shí)例

武帥等[97]利用伴礦景天(Sedum plumbizincicola)與雷竹間作來修復(fù)Zn-Cd 復(fù)合污染的土壤,將Zn-Cd 復(fù)合污染的土壤修復(fù)至國家土壤質(zhì)量環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)所需要的時(shí)間大大縮短,同時(shí)這種“邊修復(fù)、邊生產(chǎn)”的模式不僅能穩(wěn)步降低土壤中的重金屬污染,而且增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量。 宓彥彥[98]將超積累植物伴礦景天與茄子進(jìn)行間作試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),伴礦景天地上部Zn、Cd 吸收量顯著增加,分別上升54.7%和16.9%,且植物修復(fù)效率較高,Zn 為3.17%,Cd 為28.4%。 同時(shí),在該處理下,茄子果實(shí) Cd 濃度為0.08 mg·kg-1。 秦麗等[99]利用超積累植物土荊芥(Dysphania ambrosioides)和農(nóng)作物玉米、蠶豆進(jìn)行間作,結(jié)果顯示,土荊芥體內(nèi)Cd 含量上升了21% ~134%,Pb 的含量增加10% ~85%,3 種植物的生物量都有所提高。 此間作方法既抑制了農(nóng)作物吸收重金屬,同時(shí)提高了超積累植物的重金屬吸收量。 楊崎峰等[100]利用重金屬超積累草本植物與木本花卉間作修復(fù)污染土壤,刺槐和柔毛堇菜(Viola fargesii)經(jīng)過間作修復(fù)后,農(nóng)田中 Cd、As、Pb、Cu、Zn 等的降解率分別為 96.37%、72.56%、75.45%、46.28%、50.59%,同理臘腸樹與野菊(Chrysanthemum indicum)間作對(duì)農(nóng)田中重金屬元素的降解率顯著提高,此修復(fù)方式既降低了土壤中的金屬含量,同時(shí)也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。 姚春霞等[101]將玉米秸稈加進(jìn)Pb-Cd 復(fù)合污染土壤中得到基質(zhì),再在此基礎(chǔ)上間作蓖麻與伴礦景天,結(jié)果顯示,蓖麻地上部的重金屬含量未超出食品中污染限量,且可達(dá)到3 686.7 kg每公頃一季,伴礦景天對(duì)土壤中的重金屬去除率也比較顯著。

4.2 超積累植物同農(nóng)作物間套作在城市中的應(yīng)用(城市湖泊、河道等的污泥處理)

Wu 和Jiang[102]采用遏藍(lán)菜(Thlaspi caeulescens)與玉米修復(fù)城市中Cd 或Zn 超標(biāo)的污泥,經(jīng)過半年的處理,污泥體積變小為原來的1/4,通過EDTA 浸取測(cè)定,Zn 含量明顯降低,而且產(chǎn)出的玉米經(jīng)過多次試驗(yàn)檢測(cè),符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。 劉頌頌[103]通過玉米與東南景天套種的處理方式,使污泥中的Zn 含量明顯降低。 黑亮等[104]通過超積累植物東南景天和玉米套種對(duì)污泥進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn),結(jié)果表明,套種顯著提高了超積累植物東南景天提取Zn 和Cd 的效率,其中,東南景天中Zn 含量達(dá)9 910 mg·kg-1,是單種的1.5 倍,而且玉米的籽粒重金屬含量符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。 丘錦榮[105]采用香芋和東南景天套種方式修復(fù)城市污泥,發(fā)現(xiàn)城市污泥中的全Zn 和全Cd 的含量有顯著降低(Zn 下降了16.32%,Cd 下降了8.54%),且收獲的香芋總產(chǎn)量是18.1 t·hm-2,此方法可以將城市污泥中的Zn、Cd 和K 富集在不同植物體內(nèi)從而回收利用。

5 展望(Prospects)

5.1 超積累植物的界定

超積累植物一直在比較公認(rèn)的界定范圍內(nèi)進(jìn)行篩選,但還沒有精確的界定。 有研究表明,Cd 超積累植物相對(duì)比較少,Cd 超積累植物的臨界含量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)降為50 mg·kg-1[26];魏樹和等[106]認(rèn)為超積累植物的界定還應(yīng)當(dāng)加上:(1)植物體內(nèi)富集的重金屬含量一定要大于土壤中的重金屬含量,即富集系數(shù)(enrichment coefficient, EC)要＞1;(2)超積累植物必須具有較強(qiáng)的耐性特征。 2005年聶發(fā)輝[107]發(fā)表對(duì)超積累植物新的理解,認(rèn)為傳統(tǒng)超積累植物定義只考慮植物體內(nèi)的重金屬含量和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)這2 點(diǎn)存在缺陷,隨后提出2 項(xiàng)新的評(píng)價(jià)指標(biāo)——生物的富集系數(shù)(吸收系數(shù))和轉(zhuǎn)運(yùn)量系數(shù),新指標(biāo)將傳統(tǒng)超積累植物的定義擴(kuò)大了,即某植物富集質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖未達(dá)某一水平,但生物量達(dá)到要求也可定義為超積累植物。 綜上,應(yīng)該對(duì)超積累植物的界定進(jìn)行多層次深入研究,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一劃分,最終篩選出更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的超積累植物。

5.2 超積累植物的修復(fù)對(duì)象

超積累植物的研究絕大多數(shù)是對(duì)土壤的重金屬污染進(jìn)行修復(fù),但是國內(nèi)水體的重金屬污染也非常嚴(yán)重,水是動(dòng)植物和人類不可或缺的資源,水體的污染更容易進(jìn)入食物鏈造成污染,直接威脅人體健康。在超積累植物篩選中,水生植物或濕生植物作為試驗(yàn)對(duì)象的研究相對(duì)較少,表1 中的超積累植物篩選中有水蓼、野古草和鐵皇冠可作為水體修復(fù)的植物。其中,野古草[59]在修復(fù)Cr 污染水體中表現(xiàn)出比修復(fù)土壤更強(qiáng)的富集能力。 綜上,應(yīng)該關(guān)注水體重金屬污染情況,對(duì)水生植物超積累植物進(jìn)行充分的探尋篩選以及合理利用,為水體的重金屬污染修復(fù)提供新的思路和方法,從而適當(dāng)避免傳統(tǒng)修復(fù)方式的弊端。

5.3 土壤修復(fù)與土地利用的矛盾

中國地少人多的情況顯著,本文中列舉的超積累植物同農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物套間作不僅達(dá)到修復(fù)目的,同時(shí)收獲了安全的作物,這樣的治理方法既能滿足人民的需求帶來實(shí)際效益,又在一定程度上緩解了土壤修復(fù)與土地利用的矛盾。 在城市中的土壤修復(fù)與土地利用矛盾更為突出,我國學(xué)者針對(duì)此類情況進(jìn)行了探索研究,如周睿人等[108]利用四季春(Ligustrum malongenseB. S. Sun)來修復(fù)重金屬污染的土壤,四季春是一種觀賞植物,能夠修復(fù)Cd、Pb 和As 單一污染或復(fù)合污染的土壤,同時(shí)達(dá)到一定的景觀效應(yīng),具有廣泛的應(yīng)用前景。 魏朝丹等[109]利用觀賞植物白雪姬(Tradescantia sillamontana)來修復(fù)重金屬Pb 污染的土壤,對(duì)Pb 的污染表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐性和良好的富集作用,同時(shí)產(chǎn)生一定的景觀效益。 綜上,推廣此類重金屬污染土壤修復(fù)方式,對(duì)緩解土壤修復(fù)與土地利用的矛盾具有指導(dǎo)意義。

5.4 高富集植物的處理處置

從許多植物修復(fù)的應(yīng)用文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn),非超積累植物具有重金屬超積累的能力,甚至富集量超過了超積累植物。 例如,榮偉英等[110]發(fā)現(xiàn)千屈菜(Lythrum salicaria)是類似Cr 超積累植物,能降低水體中Cr 的濃度來達(dá)到凈化水體的效果。 寧平等[111]發(fā)現(xiàn)密蒙花(Buddleja officinalisMaxim)對(duì)Pb 具有超積累特性以及較強(qiáng)的耐性,對(duì)輕度或重度Pb 污染土壤的治理修復(fù)具有良好的應(yīng)用前景。 綜上,對(duì)重金屬土壤修復(fù)效果顯著的植物我們應(yīng)該注重應(yīng)用試驗(yàn),而不是判定試驗(yàn)。

5.5 多金屬復(fù)合污染土壤修復(fù)中的植物品種選擇

在目前發(fā)現(xiàn)的超積累植物中,對(duì)某一種重金屬具有超積累性的植物占大多數(shù),但是土壤的重金屬污染大多是2 種或2 種以上產(chǎn)生的復(fù)合污染[83]。 已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)有些植物對(duì)復(fù)合重金屬污染的土壤具有良好修復(fù)作用。 張少卿[112]發(fā)現(xiàn)野茼蒿(Crassocephalum crepidioides(Benth.) S. Moore)具有超積累能力,對(duì)Pb 和Zn 具有一定的耐性和富集能力,對(duì)此類復(fù)合重金屬污染土壤具有一定的修復(fù)作用。 祝鵬飛等[113]通過對(duì)鉆形紫苑(Aster subulatus)地上部分重金屬的富集系數(shù)和體內(nèi)重金屬含量研究發(fā)現(xiàn),在復(fù)合污染的土壤中鉆形紫苑具備As-Pb-Cd 超積累植物的基本特征。 綜上,對(duì)于多金屬復(fù)合污染的土壤,可以合理選擇具有良好修復(fù)作用的植物品種進(jìn)行修復(fù),從而達(dá)到一定的治理效果。

5.6 修復(fù)效率和修復(fù)周期問題

植物修復(fù)的普遍特點(diǎn)就是效果慢并且修復(fù)周期長(zhǎng)[81]。 姚春霞等[101]發(fā)現(xiàn)玉米秸稈加進(jìn) Pb-Cd 復(fù)合污染土壤中制成基質(zhì),通過玉米秸稈的協(xié)同修復(fù)作用,能夠在一定程度上提高伴礦景天對(duì)土壤中重金屬的修復(fù)效率。 鐵皇冠在20 mg·L-1Cd 濃度下暴露僅3 d,植物體內(nèi)Cd 富集量就趨于最大值,對(duì)水體Cd 的凈化能力達(dá)到40% ~60%,具有凈化能力強(qiáng)、修復(fù)周期短等顯著優(yōu)點(diǎn)[51]。 綜上,充分利用植物的協(xié)同修復(fù)或利用植物在修復(fù)中顯著優(yōu)勢(shì)來達(dá)到提高修復(fù)效率、縮短修復(fù)周期的目的。

5.7 超積累植物的資源探索

自然環(huán)境中的稀土元素由土壤和水進(jìn)入食物鏈從而進(jìn)入人體。 兒童在生長(zhǎng)發(fā)育階段,生理屏障還未完全成熟,身體里的解毒、代謝功能還未完善,對(duì)有毒物質(zhì)的吸收率高,敏感性也比其他年齡段強(qiáng),攝入稀土元素將導(dǎo)致兒童發(fā)育障礙、兒童智力和記憶力下降等,如果長(zhǎng)期攝入稀土元素或者低劑量暴露,可能會(huì)造成兒童神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等多方面的損害,尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng),即使低劑量的稀土暴露也會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)或周圍神經(jīng)系統(tǒng)的損傷[114]。 目前可以利用的修復(fù)稀土元素污染土壤的植物資源較少,且可利用植物也表現(xiàn)出生物量小、生長(zhǎng)緩慢和修復(fù)范圍窄等問題。 張世熔等[115]利用巨桉(Eucalyptus grandis)修復(fù)稀土元素La 污染土壤,巨桉表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐性,在土壤中La 濃度為350 mg·kg-1時(shí),巨桉對(duì)La 的富集量最大為10 883 mg·kg-1,富集效果顯著。 綜上,可以發(fā)掘稀土元素的富集植物或超積累植物資源,從而降低稀土元素對(duì)人類健康的危害。